DE60108390T2 - DEVICE AND ARRANGEMENT FOR PRODUCING A THREE-DIMENSIONAL OBJECT - Google Patents

DEVICE AND ARRANGEMENT FOR PRODUCING A THREE-DIMENSIONAL OBJECT Download PDF

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Abstract

A device for manufacturing a three-dimensional product, which device comprises a work table on which said three-dimensional product is to be built, a powder dispenser which is arranged to lay down a thin layer of powder on the work table for the formation of a powder bed, a ray gun for giving off energy to the powder whereby fusion of the powder takes place, members for controlling of the beam released by the ray gun across said powder bed for the formation of a cross section of said three-dimensional product through fusion of parts of said powder bed, and a controlling computer in which information about successive cross sections of the three-dimensional product is stored, which cross sections build the three-dimensional product, the controlling computer intended to control said members for guiding the ray gun across the powder bed according to a running schedule forming a cross section of said three-dimensional body, whereby said three-dimensional product is formed by successive fusion of successively formed cross sections from powder layers successively laid down by the powder dispenser.

Description

TECHNISCHER BEREICHTECHNICAL AREA

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Produkts durch aufeinander folgende Verschmelzung von ausgewählten Abschnitten bzw. Teilen von Pulverschichten, die auf einem Werktisch angeordnet sind.The The invention relates to an apparatus and a method for manufacturing of a three-dimensional product by successive fusion of selected ones Sections or parts of powder layers on a workbench are arranged.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

Zum Beispiel ist durch US-Patent-Nr. 4,863,538 eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Produkts durch aufeinander folgende Verschmelzung von ausgewählten Teilen von Pulverschichten, die auf einem Werktisch angeordnet sind, vorbekannt. Die Vorrichtung weist Folgendes auf: einen Werktisch, auf dem das dreidimensionale Produkt zu bilden ist, einen Pulverspender, welcher zum Ablegen einer dünnen Pulverschicht auf den Werktisch zur Bildung eines Pulverbetts angeordnet ist, eine Strahlenkanone zur Abgabe von Energie an das Pulver, wobei eine Verschmelzung des Pulvers stattfindet, Elemente zur Steuerung des durch die Strahlenkanone abgegebenen Strahls über das Pulverbett zur Bildung eines Querschnitts des dreidimensionalen Produkts durch Verschmelzung von Abschnitten bzw. Teilen des Pulverbetts, und einen Steuerungscomputer, in welchem Daten gespeichert sind, die aufeinander folgende Querschnitte des dreidimensionalen Produktes betreffen. Das dreidimensionale Produkt wird durch Verschmelzung von ausgewählten Abschnitten von aufeinander folgend hinzugefügten Schichten aus Pulver erstellt bzw. gebildet. Der Steuerungscomputer ist zur Steuerung von Ablenkungselementen für den von der Strahlenkanone erzeugten Strahl über das Pulverbett in Übereinstimmung mit einem Laufplan vorgesehen, welcher ein vorher festgelegtes Muster darstellt. Wenn der Laufplan den gewünschten Bereich einer Pulverschicht verschmolzen hat, ist ein Querschnitt des dreidimensionalen Körpers gebildet worden. Ein dreidimensionales Produkt wird durch fortlaufende Verschmelzungen von fortlaufend gebildeten Querschnitten von Pulverschichten gebildet, die aufeinander folgend von dem Pulverspender abgelegt werden.To the Example is described by US Pat. 4,863,538 a device for Production of a three-dimensional product by successive Merger of selected Parts of powder layers, which are arranged on a workbench, previously known. The device comprises: a workbench, on which the three-dimensional product is to be formed, a powder dispenser, which for depositing a thin Powder layer is arranged on the workbench for forming a powder bed, a beam gun for delivering energy to the powder, wherein a fusion of the powder takes place, elements for control of the jet emitted by the gun over the Powder bed to form a cross-section of the three-dimensional Product by fusion of sections or parts of the powder bed, and a control computer in which data is stored the successive cross sections of the three-dimensional product affect. The three-dimensional product is made by fusion of selected ones Created sections of successively added layers of powder or formed. The control computer is for controlling deflection elements for the beam generated by the gun over the powder bed in accordance provided with a running plan, which has a predetermined pattern represents. When the run plan fused the desired area of a powder layer has a cross-section of the three-dimensional body has been formed. One Three-dimensional product is made by continuous mergers formed by continuously formed cross sections of powder layers, which are successively deposited by the powder dispenser.

US 5427733 offenbart ein temperaturgesteuertes Laser-Sintersystem mit einem Sensor zur Messung der lokalen Temperatur des Schmelzpunkts. US 5427733 discloses a temperature controlled laser sintering system with a sensor for measuring the local temperature of the melting point.

Wenn eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik zur Herstellung von dreidimensionalen Produkten verwendet wird, hat es sich herausgestellt, dass Abweichungen von der gewünschten bzw. der Soll-Form, Größe und Stärke auftreten.If a device according to the prior art for the production of used three-dimensional products, it has been found that Deviations from the desired or the desired shape, size and strength occur.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGSHORT DESCRIPTION THE INVENTION

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Körpern durch aufeinander folgende Verschmelzung von ausgewählten Teilen von auf einem Werktisch abgelegten Pulverschichten zu schaffen, in welcher eine Verringerung von Abweichung von der gewünschten Form, Größe und Stärke eines dreidimensionalen Körpers ermöglicht ist.A The object of the invention is a device for the production of three-dimensional bodies by successive merging of selected parts to create powder layers deposited on a workbench, in which a reduction of deviation from the desired Shape, size and strength of a three-dimensional body allows is.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung in Übereinstimmung mit Patentanspruch 1 gelöst. Durch Vorsehen eines Elementes zur Abtastung der Temperaturverteilung einer auf dem Pulverbett angeordneten Oberflächenschicht werden Messung und Korrektur der Eigenschaft der Oberfläche ermöglicht, wodurch ein Produkt mit reduzierter Abweichung von gewünschten Abmessungen und Oberflächenunregelmäßigkeit erlangt werden kann. Die Erfindung erbringt die Möglichkeit festzustellen, dass die Verschmelzung innerhalb eines definierten Temperaturbereichs stattfindet, wodurch das Risiko des Auftretens von Fehlern, zum Beispiel durch Verdampfung oder Sieden des Werkstoffs, verringert ist. Verdampfung und Sieden des Werkstoffs können Schweißfunken oder andere Oberflächenunregelmäßigkeiten hervorbringen. Dieses Element ermöglicht auch eine Messung der Kühl- bzw. Abkühltemperatur von spezifischen verschmolzenen Abschnitten in einer Pulverschicht, wodurch das Risiko des Auftretens und der Größe von irgendeiner Oberflächenspannung in dem verschmolzenen Abschnitt reduziert werden kann, und dadurch verringern sich ungewollte Formänderungen. Weiterhin wird eine Messung der Abmessungen des Querschnitts ermöglicht, wodurch ein Vergleich der Abmessungen des gebildeten Querschnitts mit dem Sollquerschnitt des Objekts zur Kalibrie rung der Steuerelemente der Strahlenkanone benutzt werden kann. Das Element ermöglicht auch eine Messung der Temperatur des ungeschmolzenen Pulverbetts, wodurch eine Beibehaltung einer vorteilhaften Temperatur vom Gesichtspunkt des Prozesses aus überwacht werden kann.These The object is achieved by a device in accordance with claim 1 solved. By Providing an element for sampling the temperature distribution a surface layer arranged on the powder bed becomes measurement and correction of the property of the surface allows, creating a product with reduced deviation from desired dimensions and surface irregularity can be obtained. The invention provides the possibility determine that the merger is within a defined Temperature range takes place, reducing the risk of occurrence of defects, for example by evaporation or boiling of the material, is reduced. Evaporation and boiling of the material can cause welding sparks or other surface irregularities. This element allows also a measurement of the cooling or cooling temperature specific fused sections in a powder layer, reducing the risk of occurrence and size of any surface tension can be reduced in the fused portion, and thereby reduce unwanted shape changes. Furthermore, a measurement of the dimensions of the cross section is made possible, whereby a comparison of the dimensions of the formed cross-section with the desired cross section of the object for Kalibrie tion of the controls the ray gun can be used. The element also allows one Measurement of the temperature of the unmelted powder bed, thereby maintaining a favorable temperature from the viewpoint monitored from the process can be.

Gemäß der Erfindung werden Daten der Temperaturverteilung in der Oberflächenschicht des Pulverbetts zur Anpassung bzw. Justierung des Laufplans über die Oberflächenschicht des Pulverbetts an den Steuerungscomputer rückgekoppelt.According to the invention become data of the temperature distribution in the surface layer of the powder bed for adjusting or adjusting the running plan over the surface layer the powder bed fed back to the control computer.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die die Temperaturverteilung in der Oberflächenschicht des Pulverbetts betreffenden Daten dazu benutzt, die Energieabgabe innerhalb von Bereichen der Oberflächenschicht des Pulverbetts zu erhöhen, in denen die Temperatur zu niedrig ist, und die Energieabgabe innerhalb von Bereichen zu erniedrigen, in denen die Temperatur zu hoch ist, wodurch eine geringer schwankende Arbeitstemperatur in den Querschnitten erreicht wird. Durch Anpassung der Energieabgabe an bestimmte Abschnitte bzw. Teile wird eine genauere Temperaturverteilung erhalten, wodurch die Qualität des Produkts verbessert werden kann.In a further preferred embodiment of the invention, the data concerning the temperature distribution in the surface layer of the powder bed is used to increase the energy output within areas of the surface layer of the powder bed in which the temperature is too low and to decrease the energy output within ranges, where the temperature is too high, causing less fluctuating work temperature is reached in the cross sections. By adjusting the energy output to specific sections or parts, a more accurate temperature distribution is obtained, which can improve the quality of the product.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Steuerung der Energieabgabe von der Strahlenkanone in Bereichen, welche innerhalb der derzeit obersten Pulverschicht verschmolzen sind, in einer solchen Weise angeordnet, dass die Höchsttemperatur nach einer Verschmelzung in diesen Bereichen innerhalb eines begrenzten Bereichs liegt. Durch Steuerung der Energieabgabe auf eine solche Art und Weise, dass zu hohe Temperaturen vermieden werden, kann das Risiko des Kochens bzw. Siedens und Verdampfens des Werkstoffs mit sich daraus unmittelbar ergebenden Fehlern verringert werden.In In a further embodiment of the invention, the device for Controlling the energy output from the gun in areas, which fused within the currently highest powder layer are arranged in such a way that the maximum temperature after a merger in these areas within a limited range lies. By controlling the energy output in such a way and Way, that too high temperatures can be avoided, the risk boiling or evaporation and evaporation of the material with it resulting directly from errors.

In einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Daten der Temperaturverteilung zur Steuerung von Energieabgabe von einer Strahlenkanone, welche Teil der Vorrichtung ist, an das Pulverbett in Bereiche, die innerhalb der derzeit obersten Pulverschicht verschmolzen werden und mit Bereichen innerhalb einer darauf folgenden Schicht verschmolzen werden sollen, in einer solchen Weise verwendet, dass die Mindesttemperatur in diesen Berei chen nicht unter eine vorher festgelegte Grenze fällt. Durch Feststellung bzw. Ermittlung, dass die Temperatur nicht unter eine vorher festgelegte Grenze fällt, kann das Risiko des Auftretens von Oberflächenspannung mit sich daraus unmittelbar ergebenden Verformungen des Produkts reduziert werden.In a still further embodiment In the invention, the data of the temperature distribution becomes the control of energy delivery from a beam gun, which is part of the device is at the powder bed in areas that are within the currently highest Powder layer are fused and with areas within one following layer are to be merged in such a Way used that the minimum temperature in these areas does not fall below a predetermined limit. By statement or Determining that the temperature is not below a predetermined one Border is falling, may be the risk of surface tension associated with it immediately resulting deformations of the product can be reduced.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Daten der Temperaturverteilung zur Steuerung von Energieabgabe von der Strahlenkanone an das Pulverbett in nicht verschmolzenen Bereichen innerhalb der Oberflächenschicht des Pulverbetts in einer solchen Weise verwendet, dass die Temperatur innerhalb dieser Bereiche nicht unter eine vorher festgelegte zweite Grenze fällt. Durch Beibehaltung einer bestimmten Temperatur in dem Pulverbett, das nicht zur Verschmelzung vorgesehen ist, kann der Abkühlungsprozess in bereits verschmolzenen oder zu verschmelzenden Bereichen einerseits genauer gesteuert werden, und andererseits können die Störungen reduziert werden, welche von einer Überführung des Strahls über nicht zu verschmelzende Bereiche entstehen, um unterschiedliche zur Verschmelzung geplante Gebiete zu erreichen.In In yet another embodiment of the invention, the data the temperature distribution for controlling energy output from the Beam cannon to the powder bed in unfused areas within the surface layer the powder bed used in such a way that the temperature within these ranges not below a predetermined second Border is falling. By maintaining a certain temperature in the powder bed, which is not intended for fusion, the cooling process can in already merged or merging areas on the one hand can be controlled more accurately, and on the other hand, the interference can be reduced, which of a transfer of the Beam over non-merging areas arise to different to reach planned areas for merger.

In einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Oberflächenunregelmäßigkeit gemessen, vorzugsweise von einer Kamera, die Schattenbildung auf der Oberfläche registriert, wodurch der Oberflächenaufbau ermittelt werden kann. Bei Registrierung eines Auftretens von Oberflächenunregelmäßigkeiten, zum Beispiel durch Entstehung durch einen Schweißfunken oder auf irgendeine andere Weise, kann die Strahlenkanone auf eine identifizierte Koordinate verstellt werden, um die identifizierte Unregelmäßigkeit abzuschmelzen.In In still another preferred embodiment, the surface irregularity becomes measured, preferably by a camera, on the shadowing the surface registered, reducing the surface structure can be determined. Upon registration of occurrence of surface irregularities, For example, by the formation of a welding spark or on any otherwise, the ray gun can be at an identified coordinate be adjusted to melt the identified irregularity.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind das Pulverbett und die Strahlenkanone in einer Kammer eingeschlossen, welche mit einem durchsichtigen bzw. transparenten Fenster ausgerüstet ist, das durch eine Schicht bzw. einen Film geschützt ist, der auf zuführende Weise längs des Fensters angeordnet ist, wodurch ein neuer Film zugeführt wird. Durch Zuführen des Films, wenn er beschichtet wird, kann die Transparenz durch den Film und durch das Fenster aufrecht erhalten werden.In a preferred embodiment The invention relates to the powder bed and the ray gun in one Enclosed chamber, which with a transparent or transparent Equipped windows that is protected by a layer or a film, the on-feeding Way along the window is arranged, whereby a new film is supplied. By feeding of the film, when it is coated, the transparency can through the film and through the window are maintained.

Durch Vorsehen eines Elementes zur Abtastung der Oberflächeneigenschaften einer auf dem Pulverbett angeordneten Oberflächenschicht werden Messung und Korrektur der Eigenschaften der Oberfläche möglich gemacht, wodurch ein Produkt mit verringerter Abweichung von gewünschten Abmessungen und Oberflächenunregelmäßigkeit erzielt werden kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Temperaturverteilung in einer Oberflächenschicht in dem Pulverbett registriert, was eine Temperatursteuerung während einer Verschmelzung der Pulverpartikel ermöglicht. Dieses macht eine Feststellung möglich, dass das Schmelzen innerhalb eines definierten Temperaturbereichs erfolgt, wodurch das Risiko eines Auftretens von Fehlern, zum Beispiel durch Sieden oder Verdampfung des Werkstoffs, reduziert werden kann. Dieses Element lässt auch eine Messung der Abkühltemperatur von bestimmten verschmolzenen Abschnitten in einer Pulverschicht zu, wodurch das Risiko eines Auftretens von irgendeiner Oberflächenspannung in dem verschmolzenen Abschnitt verringert werden kann, und dadurch reduziert sich das Risiko eines Vorkommens von ungewollten Formänderungen. Weiterhin ist eine Messung der Abmessungen des Querschnitts ermöglicht, wodurch ein Vergleich der Abmessungen des gebildeten Querschnitts mit dem Sollquerschnitt des Objekts zur Kalibrierung der Steuerungselemente der Strahlenkanone Verwendung finden kann. Das Element ermöglicht ebenfalls eine Messung der Temperatur des nicht geschmolzenen Pulverbetts, wodurch ein Beibehalten einer vorteilhaften Temperatur vom Gesichtspunkt des Prozesses aus überwacht werden kann.By Providing an element for scanning the surface properties a surface layer arranged on the powder bed becomes measurement and correction of the properties of the surface made possible, creating a Product with reduced deviation from desired dimensions and surface irregularity can be achieved. In a preferred embodiment, the Temperature distribution in a surface layer in the powder bed registered what a temperature control during a fusion of the powder particles allows. This makes a finding possible that melting within a defined temperature range takes place, reducing the risk of errors, for example by boiling or evaporation of the material, can be reduced. This element also leaves a measurement of the cooling temperature of certain fused sections in a powder layer too, reducing the risk of any surface tension can be reduced in the fused portion, and thereby reduces the risk of occurrence of unwanted changes in shape. Furthermore, a measurement of the dimensions of the cross section is possible, whereby a comparison of the dimensions of the formed cross-section with the nominal cross section of the object for calibrating the control elements the ray gun can be used. The element also allows a measurement of the temperature of the unmelted powder bed, thereby maintaining a favorable temperature from the viewpoint be monitored from the process can.

In noch einer bevorzugten Ausführungsform wird die Oberflächenunregelmäßigkeit gemessen, vorzugsweise durch eine Kamera, die Schattenbildung auf der Oberfläche registriert, wodurch der Oberflächenaufbau erfasst werden kann. Bei Registrierung eines Auftretens von Oberflächenunregelmäßigkeiten, zum Beispiel durch Entstehung durch einen Schweißfunken oder auf irgendeine andere Weise, kann die Strahlenkanone auf eine identifizierte Koordinate verstellt werden, um die identifizierte Unregelmäßigkeit abzuschmelzen.In yet another preferred embodiment, the surface irregularity is measured, preferably by a camera that registers shadowing on the surface, whereby the surface structure can be detected. Upon registration of occurrence of Oberflächenunregelmä For example, due to welding sparks or in some other way, the gun can be adjusted to an identified coordinate to melt the identified irregularity.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den beigefügten Unteransprüchen enthalten.Further preferred embodiments are in the attached dependent claims contain.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENDESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die Erfindung wird im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen unten weiter erläutert. Hierbei zeigt:The The invention will become further apparent in connection with the accompanying drawings below explained. in this connection shows:

1 einen Querschnitt der Erfindung; 1 a cross section of the invention;

2 eine Seitenansicht einer mit einem transparenten Fenster ausgerüsteten Kammer; 2 a side view of a equipped with a transparent window chamber;

3 eine Einrichtung zur Zufuhr und Fixierung eines Schutzfilms zur Beibehaltung einer Transparenz des Fensters; 3 a device for supplying and fixing a protective film for maintaining a transparency of the window;

4 ein Flussdiagramm zur Erzeugung von primären Laufplänen; 4 a flow chart for the generation of primary schedules;

5 ein Flussdiagramm für einen Laufplan der Vorrichtung; 5 a flow chart for a running plan of the device;

6 ein Flussdiagramm zur Korrektur des Laufplans; 6 a flowchart for correcting the running plan;

7 den schematischen Aufbau eines dreidimensionalen Objekts; und 7 the schematic structure of a three-dimensional object; and

8 eine Anzahl von Querschnitten aus 7. 8th a number of cross sections 7 ,

BEISPIELE VON AUSFÜHRUNGSFORMENEXAMPLES OF EMBODIMENTS

In 1 ist eine Vorrichtung für die Herstellung eines dreidimensionalen Produkts dargestellt, welche im Allgemeinen mit 1 bezeichnet ist. Die Vorrichtung weist Folgendes auf: einen Werktisch 2, auf dem ein dreidimensionales Produkt 3 erstellt werden soll, einen oder mehrere Pulverspender 4 und Bauelemente 28, die zum Ablegen einer dünnen Pulverschicht auf den Werktisch 2 für die Bildung eines Pulverbetts 5 angeordnet sind, eine Strahlenkanone 6 zur Energiefreisetzung bzw. -abgabe an das Pulverbett, wodurch eine Verschmelzung von Abschnitten bzw. Teilen des Pulverbetts stattfindet, Steuerungsbauteile 7 für den von der Strahlenkanone 6 freigesetzten Strahl über den Werktisch zur Bildung eines Querschnitts des dreidimensionalen Produkts durch Verschmelzung des Pulvers, und einen Steuerungscomputer 8, in welchem Daten von aufeinander folgenden Querschnitten des dreidimensionalen Produkts gespeichert sind, wobei die Querschnitte das dreidimensionale Produkt bilden. Bei einem Arbeitszyklus wird der Tisch in Bezug auf die Strahlenkanone nach jeder hinzugefügten Pulverschicht aufeinander folgend abgesenkt. Um diese Bewegung zu ermöglichen, ist der Werktisch in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in vertikaler Richtung verstellbar angeordnet, das heißt die Richtung, die durch den Pfeil P bezeichnet ist. Dieses bedeutet, dass der Werktisch in einer anfänglichen Position 2' startet, in einer Position, in der eine erste Pulverschicht einer notwendigen Dicke bzw. Stärke abgelegt bzw. aufgebracht worden ist. Damit der sich darunter befindliche Werktisch nicht beschädigt wird, und damit eine ausreichende Qualität dieser Schicht geschaffen wird, ist diese dicker als die anderen aufgebrachten Schichten ausgeführt, womit ein Durchschmelzen dieser ersten Schicht verhindert wird. Der Werktisch wird danach in Verbindung mit einem Ablegen einer neuen Pulverschicht für die Bildung eines neuen Querschnitts des dreidimensionalen Produkts abgesenkt. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Werktisch zu diesem Zweck von einem Gerüst 9 getragen, welches mindestens eine Zahnstange 10 mit Zähnen 11 aufweist. Ein Schritt- oder Servomotor 12, der mit einem Zahnrad 13 ausgerüstet ist, positioniert den Werktisch in der gewünschten vertikalen Position. Andere Verstelleinrichtungen der Arbeitshöhe eines Werktisches, die dem Fachmann bekannt sind, können ebenfalls verwendet werden. Zum Beispiel können Einstellschrauben anstelle von Zahnstange benutzt werden.In 1 a device for the production of a three-dimensional product is shown, which in general with 1 is designated. The device comprises: a workbench 2 on which a three-dimensional product 3 to be created, one or more powder dispensers 4 and components 28 for laying a thin layer of powder on the workbench 2 for the formation of a powder bed 5 are arranged, a ray gun 6 for energy release to the powder bed, whereby a fusion of portions or parts of the powder bed takes place, control components 7 for the one from the ray gun 6 released beam across the workbench to form a cross-section of the three-dimensional product by fusion of the powder, and a control computer 8th in which data of successive cross-sections of the three-dimensional product are stored, the cross-sections forming the three-dimensional product. In one cycle, the table is successively lowered with respect to the gun after each added powder layer. To enable this movement, the workbench is arranged in a preferred embodiment of the invention in the vertical direction adjustable, that is, the direction indicated by the arrow P. This means that the workbench is in an initial position 2 ' starts, in a position in which a first powder layer of a necessary thickness or strength has been deposited or applied. So that the workbench underneath is not damaged, and thus a sufficient quality of this layer is created, this is made thicker than the other applied layers, whereby a melting of this first layer is prevented. The workbench is then lowered in conjunction with depositing a new powder layer to form a new cross-section of the three-dimensional product. In one embodiment of the invention, the workbench for this purpose by a scaffold 9 worn, which at least one rack 10 with teeth 11 having. A stepper or servomotor 12 that with a gear 13 equipped, positions the worktable in the desired vertical position. Other adjustment means of the working height of a worktable known to those skilled in the art may also be used. For example, adjusting screws can be used instead of rack.

Das Bauelement 28 ist zum Zusammenwirken mit den Pulverspendern zum Nachfüllen von Werkstoff angeordnet. Weiterhin wird der Durchlauf bzw. die Hin- und Herbewegung des Bauelementes 28 über die Arbeitsoberfläche in bekannter Weise mittels eines Servomotors (nicht dargestellt) ausgeführt, welcher das Bauteil 28 längs einer Führungsschiene 29 verstellt, die entlang des Pulverbetts verläuft.The component 28 is arranged to cooperate with the powder dispensers for refilling material. Furthermore, the passage or the reciprocating motion of the component 28 via the working surface in a known manner by means of a servo motor (not shown) executed, which the component 28 along a guide rail 29 adjusted, which runs along the powder bed.

Beim Ablegen einer neuen Pulverschicht wird die Stärke der Pulverschicht dadurch reguliert, wie weit der Werktisch in Bezug auf die vorhergehende Schicht abgesenkt worden ist. Das bedeutet, dass die Stärke der Schicht wie gewünscht variiert werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, die Schichten dünner zu gestalten, wenn ein Querschnitt eine größere Änderung in seiner Gestalt zwischen aneinander liegenden Schichten aufweist, wodurch eine höhere Feinheit der Oberfläche erzielt wird, und um Schichten gleich der maximalen Eindringtiefe des Strahls auszubilden, wenn kleine oder keine Änderungen der Form auftreten.At the Dropping a new powder layer will increase the strength of the powder layer Regulates how far the workbench is in relation to the previous one Layer has been lowered. That means the strength of the Layer as desired can be varied. In this way it is possible to make the layers thinner too shape when a cross-section a larger change in its shape between having adjacent layers, whereby a higher fineness the surface is achieved, and layers equal to the maximum penetration depth of the beam when small or no changes in shape occur.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Strahlenkanone 6 von einer Elektronenkanone gebildet, wodurch die Steuerungsbauteile 7 für den Strahl der Strahlenkanone aus Ablenkspulen bestehen. Die Ablenkspule erzeugt ein magnetisches Feld, das den von der Elektronenkanone erzeugten Strahl steuert, wodurch eine Verschmelzung der Oberflächenschicht des Pulverbetts in einer gewünschten Position erreicht wird. Weiterhin weisen Strahlenkanonen eine Hochspannungsschaltung 20 auf, welche in einer bekannten Weise zur Versorgung der Strahlenkanone mit einer Beschleunigungsspannung für eine in der Strahlenkanone angeordnete Emissions- bzw. Abstrahlelekrode 21 vorgesehen ist. Die Emissionselektrode ist mit einer Energiequelle 22 in einer bekannten Weise verbunden, wobei die Quelle zur Heizung der Emissionselektrode 21 benutzt wird, wodurch Elektronen freigesetzt werden. Die Funktion und Zusammensetzung der Strahlenkanone sind dem Fachmann wohlbekannt. Die Ablenkspule wird von dem Steuerungscomputer 8 gemäß einem abgelegten Laufplan für eine jede zu verschmelzende Schicht gesteuert, wodurch eine Steuerung des Strahls in Übereinstimmung mit dem Soll-Laufplan erreicht werden kann.In a preferred embodiment of the invention, the ray gun 6 formed by an electron gun, causing the control components 7 for the beam of the ray gun from deflection coils. The deflection coil generates a magnetic field that controls the beam generated by the electron gun, thereby achieving fusion of the surface layer of the powder bed in a desired position. Furthermore, ray guns have a high voltage circuit 20 which, in a known manner for supplying the beam gun with an acceleration voltage for a arranged in the beam gun emission or Abstrahlelekrode 21 is provided. The emission electrode is connected to an energy source 22 connected in a known manner, the source for heating the emission electrode 21 is used, whereby electrons are released. The function and composition of the gun are well known to those skilled in the art. The deflection coil is from the control computer 8th in accordance with a stored schedule for each layer to be merged, whereby control of the jet in accordance with the desired schedule can be achieved.

Eine detaillierte Beschreibung, welche die Erzeugung und Korrektur von Laufpläne betrifft, folgt unten im Zusammenhang mit der Beschreibung der Zeichnungsfiguren 4 bis 6.A detailed description concerning the generation and correction of schedules follows below in the context of the description of the drawing figures 4 to 6 ,

Weiterhin ist mindestens eine Fokussierspule 7' vorhanden, welche zur Fokussierung des Strahls auf die Oberfläche des Pulverbetts auf dem Werktisch angeordnet ist.Furthermore, at least one focusing coil 7 ' present, which is arranged for focusing the beam on the surface of the powder bed on the workbench.

Die Ablenkspulen und die Fokussierspulen können gemäß einer Vielzahl von Alternativen angeordnet werden, die dem Fachmann wohlbekannt sind.The Deflection coils and the focus coils may be according to a variety of alternatives which are well known to those skilled in the art.

Die Vorrichtung ist in einem Gehäuse 15 angeordnet, welches die Strahlenkanone 6 und das Pulverbett 2 umgibt. Das Gehäuse weist eine erste Kammer 23, die das Pulverbett umgibt, und eine zweite Kammer 24 auf, welche die Strahlenkanone 6 einschließt. Die erste Kammer 23 und die zweite Kammer 24 kommunizieren über einen Kanal 25, welcher es emittierten Elektronen, die in dem Hochspannungsfeld der zweiten Kammer beschleunigt worden sind, ermöglicht in die erste Kammer weiterzulaufen, um danach auf dem Pulverbett auf dem Werktisch 2 aufzutreffen.The device is in a housing 15 arranged, which is the ray gun 6 and the powder bed 2 surrounds. The housing has a first chamber 23 surrounding the powder bed and a second chamber 24 on which the ray gun 6 includes. The first chamber 23 and the second chamber 24 communicate via a channel 25 which allows emitted electrons, which have been accelerated in the high voltage field of the second chamber, to proceed into the first chamber and then onto the powder bed on the workbench 2 impinge.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Kammer mit einer Vakuumpumpe 26 verbunden, die den Druck in der ersten Kammer 23 auf einen Druck von vorzugsweise ungefähr 10–3 ... 10–5 mBar erniedrigt. Die zweite Kammer 24 ist vorzugsweise mit einer Vakuumpumpe 27 verbunden, die den Druck in der zweiten Kammer 24 auf einen Druck von ungefähr 10–4 ... 10–6 mBar absenkt. In einer alternativen Ausführungsform können die erste und die zweite Kammer beide mit der gleichen Vakuumpumpe in Verbindung stehen.In a preferred embodiment, the first chamber is with a vacuum pump 26 connected the pressure in the first chamber 23 lowered to a pressure of preferably about 10 -3 ... 10 -5 mbar. The second chamber 24 is preferably with a vacuum pump 27 connected the pressure in the second chamber 24 to a pressure of about 10 -4 ... 10 -6 mbar lowers. In an alternative embodiment, the first and second chambers may both communicate with the same vacuum pump.

Der Steuerungscomputer 8 ist vorzugsweise weiterhin mit der Strahlenkanone 6 zur Regulierung der abgestrahlten Leistung der Strahlenkanone und mit dem Schrittmotor 12 zur Einstellung der vertikalen Position 2 des Werktisches zwischen jeder fortlaufenden Ablage von Pulverschichten verbunden, wodurch die individuelle Stärke der Pulverschichten variiert werden kann.The control computer 8th is preferably still with the beam gun 6 to regulate the radiated power of the gun and with the stepper motor 12 for adjusting the vertical position 2 of the worktable connected between each successive deposit of powder layers, whereby the individual thickness of the powder layers can be varied.

Weiterhin ist der Steuerungscomputer mit dem Bauelement 28 zur Ablage von Pulver auf der Arbeitsoberfläche verbunden. Das Bauelement ist zum Hin- und Herlauf über bzw. zum Überstreichen der Arbeitsoberfläche angeordnet, wobei eine Pulverschicht abgelegt wird. Das Bauelement 28 wird von einem Servoantrieb (nicht dargestellt) angetrieben, der von dem Steuerungscomputer 8 gesteuert wird. Der Steuerungscomputer steuert die Dauer des Überstreichens und stellt sicher, dass Pulver wenn notwendig nachgefüllt wird. Zu diesem Zweck können Beladungsanzeiger in dem Bauelement 28 angeordnet sein, wodurch der Steuerungscomputer informiert wird, dass das Bauelement leer ist.Furthermore, the control computer with the device 28 connected to the storage of powder on the work surface. The component is arranged for reciprocating over or for sweeping the work surface, wherein a powder layer is deposited. The component 28 is driven by a servo drive (not shown) provided by the control computer 8th is controlled. The control computer controls the duration of the sweep and ensures that powder is replenished if necessary. For this purpose, loading indicators can be used in the component 28 be arranged, which informs the control computer that the device is empty.

Gemäß dem in 2 Dargestellten weist die Vorrichtung weiterhin Bauelemente 14 zur Abtastung der Oberflächeneigenschaft einer Oberflächenschicht des Pulverbetts auf. Dieses Bauelement 14 zur Abtastung der Temperaturverteilung einer Oberflächenschicht des Pulverbetts 5 ist vorzugsweise als eine Kamera ausgebildet. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Kamera zum Teil zur Messung der Temperaturverteilung auf der Oberflächenschicht und zum Teil zur Messung des Auftretens von Oberflächenunregelmäßigkeiten über die von Unregelmäßigkeiten auf einer Oberfläche verursachten Schattenbildung verwendet. Daten der Temperaturverteilung werden zum Teil dazu benutzt, um eine Temperaturverteilung so gleichmäßig wie möglich über den Abschnitten der zu schmelzenden Oberflächenschicht zu erhalten, und zum Teil können Daten zur Steuerung irgendeiner Abweichung in Maßen zwischen dem erzeugten dreidimensionalen Produkt und dem Original benutzt werden, da die Temperaturverteilung die Gestalt des Produkts reflektiert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Videokamera an der Außenseite des Gehäuses 15 angebracht, welches das Pulverbett 5 und die Strahlenkanone 6 enthält. Zur Ermöglichung einer Temperaturmessung ist das Gehäuse mit einem transparenten bzw. durchsichtigen Fenster 16 versehen. Das Pulverbett 5 ist für die Kamera durch dieses Fenster sichtbar. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die in 3 gezeigt ist, ist das Fenster 16 mit einem Schutzfilm 17 bedeckt. Der Schutzfilm wird von einer Zuführeinheit 18 auf eine Sammeleinheit 19 zugeführt, wodurch der Film fortlaufend ersetzt wird, woraus sich die Wirkung ergibt, dass eine Transparenz aufrecht erhalten werden kann. Der Schutzfilm ist notwendig, da Ablagerungen als eine Folge des Schmelzprozesses auftreten.According to the in 2 As shown, the device further comprises components 14 for scanning the surface property of a surface layer of the powder bed. This component 14 for sampling the temperature distribution of a surface layer of the powder bed 5 is preferably designed as a camera. In a preferred embodiment of the invention, the camera is used in part for measuring the temperature distribution on the surface layer and partly for measuring the occurrence of surface irregularities over the shadowing caused by irregularities on a surface. Part of the temperature distribution data is used to obtain a temperature distribution as uniform as possible over the portions of the surface layer to be melted, and partly, data for controlling any deviation in dimensions between the generated three-dimensional product and the original can be used Temperature distribution reflects the shape of the product. In a preferred embodiment of the invention, the video camera is on the outside of the housing 15 attached, which is the powder bed 5 and the ray gun 6 contains. To enable a temperature measurement, the housing is provided with a transparent or transparent window 16 Mistake. The powder bed 5 is visible to the camera through this window. In a preferred embodiment of the invention, which in 3 shown is the window 16 with a protective film 17 covered. The protective film is from a feeder unit 18 on a collection unit 19 fed, whereby the film is continuously replaced, resulting in the effect, that transparency can be maintained. The protective film is necessary because deposits occur as a result of the melting process.

In 4 ist das Verfahren zum Erzeugen eines primären Laufplans schematisch dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt 40 wird ein 3D-Modell des herzustellenden Produkts erzeugt, zum Beispiel in einem CAD-Programm, alternativ wird ein vorerzeugtes 3D-Modell des herzustellenden Produkts dem Steuerungscomputer 8 eingegeben. Danach wird in einem zweiten Verfahrensschritt 41 eine Matrix generiert, die Daten des Aussehens bzw. Äußeren von Querschnitten des Produkts beinhaltet. In 7 ist ein Modell eines Hammers zusammen mit Beispielen von dazu gehörenden Querschnitten 31 bis 33 dargestellt. Diese Querschnitte sind auch in 8a bis 8c gezeigt. Die Querschnitte werden in einer Dichte abgelegt, die zu der Stärke der zu verschmelzenden separaten Schichten korrespondiert, um das vollständige Produkt zu erstellen. Vorteilhafterweise kann die Stärke zwischen den unterschiedlichen Schichten variiert werden. Zum Beispiel ist es vorteilhaft, die Schichten in Bereichen mit einer größeren Veränderung in der Gestalt des Querschnitts zwischen aneinander liegenden Schichten dünner auszubilden. Auf diese Weise wird bei der Erzeugung der Querschnitte eine Matrix geschaffen, welche die Daten der Erscheinungsformen aller Querschnitte enthält, die zusammen das dreidimensionale Produkt bilden.In 4 For example, the method of generating a primary run is shown schematically. In a first process step 40 For example, a 3D model of the product to be produced is generated, for example in a CAD program; alternatively, a pre-generated 3D model of the product to be manufactured is used by the control computer 8th entered. Thereafter, in a second process step 41 generates a matrix that contains data on the appearance or appearance of cross-sections of the product. In 7 is a model of a hammer along with examples of related cross sections 31 to 33 shown. These cross sections are also in 8a to 8c shown. The cross-sections are deposited at a density that corresponds to the thickness of the separate layers to be fused to create the complete product. Advantageously, the thickness between the different layers can be varied. For example, it is advantageous to make the layers thinner in regions having a larger change in the shape of the cross-section between adjacent layers. In this way, when creating the cross-sections, a matrix is created which contains the data of the appearances of all cross-sections which together form the three-dimensional product.

Wenn der Querschnitt in einem dritten Verfahrensschritt 42 erzeugt worden ist, wird ein primärer Laufplan für jeden Querschnitt erzeugt. Die Erzeugung von primären Laufplänen basiert zum Teil auf Erkennen der Gestalt der Abschnitte, die einen Querschnitt bilden, und zum Teil darauf, wie der Laufplan die Abkühltemperatur von lokalen Abschnitten eines Querschnitts beeinflusst. Die Aufgabe besteht darin, einen Laufplan zu erzeugen, der zur Folge hat, dass die Abkühltemperatur so gleichmäßig wie möglich in den Abschnitten ist, die verschmolzen worden sind, bevor die nächste Schicht abgelegt wird, während gleichzeitig die Abkühltemperatur innerhalb eines gewünschten Bereiches gehalten wird, um das Risiko des Auftretens von Schrumpfspannungen in dem Produkt zu reduzieren, die zur Deformation des Produkts führen.If the cross section in a third step 42 has been generated, a primary run schedule is generated for each cross section. The generation of primary schedules is based, in part, on recognizing the shape of the sections that form a cross section and, in part, how the schedule affects the cooling temperature of local sections of a cross section. The object is to produce a running schedule that results in the cooling temperature being as even as possible in the sections that have been fused before the next layer is deposited, while at the same time maintaining the cooling temperature within a desired range, to reduce the risk of the occurrence of shrinkage stresses in the product leading to the deformation of the product.

Zuerst wird ein primärer Laufplan generiert, basierend auf der Gestalt von in den Querschnitten vorhandenen separaten Abschnitten bzw. Teilen.First becomes a primary one Running plan generated based on the shape of existing in the cross sections separate sections or parts.

Auf diese Art und Weise werden in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung primäre Laufpläne aufgestellt, basierend auf Erfahrung von Laufplänen, die eine gute Temperaturverteilung der Abkühltemperatur des Querschnitts schafft, wodurch das Risiko von Schrumpfspannung in dem Produkt, das zu Deformation des Produkts führt, reduziert werden kann. Zu diesem Zweck wird ein Satz von Laufplänen für Bereiche von unterschiedlichen Formen in einem Speicher abgespeichert. In einer bevorzugten Ausführungsform wird dieser Speicher im Verlauf der Auswertung der Ergebnisse der Korrektur des Laufplans aktualisiert, wodurch ein selbstlernendes System erreicht wird.On This way, in a preferred embodiment of Invention primary diagrams set up, based on experience of running plans that have a good temperature distribution the cooling temperature creates the cross-section, reducing the risk of shrinkage stress reduced in the product, which leads to deformation of the product can be. For this purpose, a set of schedules for areas of different shapes stored in a memory. In a preferred embodiment This memory is used in the course of the evaluation of the results of Correction of the updated timeline, creating a self-learning System is achieved.

In einer alternativen Ausführung der Erfindung werden vorgeformte Querschnitte, die von einem separaten Computer generiert worden sind, in einen Speicher des Steuerungscomputers eingespeist, in welchem die primären Laufpläne generiert werden. In diesem Fall gelangen die Daten direkt durch eine externe Quelle 40a zum Verfahrensschritt 42.In an alternative embodiment of the invention, preformed cross sections generated by a separate computer are fed to a memory of the control computer in which the primary schedules are generated. In this case, the data comes directly through an external source 40a to the process step 42 ,

In 5 wird ein Verfahren schematisch dargestellt, in welchem der Strahl von der Strahlenkanone über das Pulverbett gesteuert wird, um einen Querschnitt eines Produkts zu erzeugen. In einem ersten Verfahrensschritt 50 wird eine Steuerung des Strahls über dem Pulverbett gemäß dem im Verfahrensschritt 42 festgelegten primären Laufplan initiiert. Im nächsten Verfahrensschritt 51 wird die Temperaturverteilung der Oberflächenschicht des Pulverbetts von der Kamera gemessen. Danach wird eine Temperaturverteilungsmatrix, Tij-gemessen, von der gemessenen Temperaturverteilung generiert, in welcher die Temperatur von kleinen Unterbereichen der Oberflächenschicht des Pulverbetts gespeichert wird. Wenn die Matrix erzeugt ist, wird jeder Temperaturwert Tij-gemessen in der Matrix mit dem Sollwert in einer Matrix von gewünschten Werten, Tij-Soll, verglichen. In grober Weise kann die Oberflächenschicht des Pulverbetts in drei Kategorien unterteilt werden. Erstens in Bereiche, in denen eine Verschmelzung durch Bearbeitung durch die Strahlenkanone erfolgt. In diesen Bereichen ist eine maximale Schmelztemperatur Tij-max von Interesse. Zweitens in Bereiche, die bereits verschmolzen sind, und welche dadurch abkühlen. In diesen Bereichen ist eine minimale zulässige Abkühltemperatur Tij-Abkühlung-min von Interesse, da eine zu niedrige Abkühltemperatur Spannungen entstehen lässt, und sich dadurch eine Deformation der Oberflächenschicht ergibt. Drittens in Bereiche, die nicht von der Strahlenkanone bearbeitet werden. In diesen Bereichen ist die Bett-Temperatur Tij-Bett von Interesse. Es ist auch möglich, die Temperaturen nur in bearbeiteten Bereichen zu vergleichen, wodurch Tij-Bett nicht gespeichert und/oder gesteuert wird.In 5 A method is schematically illustrated in which the beam from the gun is controlled via the powder bed to produce a cross section of a product. In a first process step 50 is a control of the beam over the powder bed according to the method step 42 initiated primary run plan. In the next process step 51 the temperature distribution of the surface layer of the powder bed is measured by the camera. Thereafter, a temperature distribution matrix, T ij-measured , is generated from the measured temperature distribution in which the temperature of small subregions of the surface layer of the powder bed is stored. When the matrix is generated, each temperature value T ij measured in the matrix is compared with the setpoint value in a matrix of desired values, T ij- setpoint. In a rough way, the surface layer of the powder bed can be divided into three categories. First, in areas where fusion occurs by machining through the gun. In these areas, a maximum melting temperature T ij-max is of interest. Second, in areas that have already fused, and which thereby cool. In these areas, a minimum allowable cooling temperature T ij-cooling-min is of interest because too low a cooling temperature creates stresses, and thereby results in a deformation of the surface layer. Third, in areas that are not processed by the ray gun. In these areas, the bed temperature T ij bed is of interest. It is also possible to compare the temperatures only in processed areas, whereby T ij bed is not stored and / or controlled.

In einem dritten Verfahrensschritt 52 wird geprüft, ob Tij-gemessen von dem Sollwert Tij-Soll abweicht, und ob die Abweichung zugelassene Grenzen überschreitet. Die Grenzen ΔTij-max, ΔTij-Abkühlung und ΔTij-Bett, gehören zu den unterschiedlichen Kategorien und werden in dem Steuerungscomputer 8 gespeichert. Es ist auch möglich, nicht die Bett-Temperatur zu steuern. In diesem Fall wird der zugehörige Grenzwert nicht gespeichert. In einem vierten Verfahrensschritt 53 wird ermittelt, ob die Bearbeitung der Oberflächenschicht vollständig ist, vorausgesetzt, dass die Abweichung zwischen Tij-gemessen und Tij-Soll diese Grenze nicht überschreitet. Wenn dieses nicht der Fall ist, wird der Ablauf gemäß dem effektiven Laufplan fortgesetzt, wodurch die oben erwähnten Verfahrensschritte 50 bis 53 ein weiteres Mal durchlaufen werden.In a third process step 52 it is checked whether T ij- deviated from the setpoint T ij-Soll , and whether the deviation exceeds permitted limits. The limits ΔT ij-max , ΔT ij-cooling and ΔT ij-bed belong to the different categories and are used in the control computer 8th saved. It is also possible not to change the bed temperature too Taxes. In this case, the associated limit value is not saved. In a fourth process step 53 it is determined whether the processing of the surface layer is complete, provided that the deviation between T ij-measured and T ij target does not exceed this limit. If this is not the case, the process is continued according to the effective schedule, whereby the above-mentioned process steps 50 to 53 to go through again.

Wenn die Abweichung zwischen Tij-gemessen und Tij-Soll eine von den Grenzen überschreitet, wird eine Korrektur des Laufplans 42 in einem fünften Verfahrensschritt ausgeführt. Die Korrektur erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß dem in 6 gezeigten Schema. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird eine neue Pulverschicht nicht eher abgelegt, bis dass die Vervollständigung von einer jeden Schicht erfolgt ist, wodurch das Produkt durch aufeinander folgende Verschmelzungen erstellt wird, bis dass das Produkt vollständig ist. In diesem Fall wird eine neue Schicht nach einem sechsten Verfahrensschritt 55 begonnen, vorausgesetzt, dass das Produkt in seiner Gesamtheit nicht vervollständigt ist, wenn in dem vierten Verfahrensschritt 53 festgehalten wird, dass der Laufplan für eine Schicht vervollständigt ist.If the deviation between T ij-measured and T ij-setpoint exceeds one of the limits, a correction of the run-plan will be made 42 executed in a fifth step. The correction takes place in a preferred embodiment according to the in 6 shown scheme. In a preferred embodiment of the invention, a new layer of powder is not deposited until completion of each layer, whereby the product is created by successive fusions until the product is complete. In this case, a new layer is added after a sixth process step 55 provided that the product in its entirety is not completed when in the fourth process step 53 It is noted that the schedule for a shift is completed.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Laufplan die folgenden Verfahrensschritte auf: In einem ersten Verfahrensschritt 56 wird Tij-max mit Tij-max-Soll verglichen. Wenn Tij-max von Tij-max-Soll abweicht, wobei ΔTij-max überschritten wird, wird die Energiezufuhr zu der Pulverschicht in einem Verfahrensschritt 56a entweder durch Änderung der Energie des Strahls oder durch Änderung der Verfahr- bzw. Laufgeschwindigkeit des Strahls kalibriert. In einem ersten Verfahrensschritt 58 wird Tij-Abkühlung mit Tij-Abkühlung-Soll verglichen. Wenn Tij-Abkühlung von Tij-Abkühlung-Soll abweicht, wobei ΔTij-Abkühlung überschritten wird, wird der Laufplan für den Strahl in einem Verfahrensschritt 58a geändert. Es gibt verschiedene Wege zur Modifikation des Laufplans für einen Strahl. Ein Weg zur Modifikation des Laufplans besteht darin zu ermöglichen, dass der Strahl Bereiche wieder aufwärmt, bevor sie zu sehr abgekühlt sind. Die Strahlenkanone kann dann schon verschmolzene Bereiche mit einer geringeren Energieintensität und/oder einer höheren Laufgeschwindigkeit überstreichen.In a preferred embodiment, the running plan has the following method steps: In a first method step 56 T ij-max is compared with T ij-max-Soll . If T ij-max deviates from T ij-max-Soll , exceeding ΔT ij-max , the energy supply to the powder layer in one process step 56a calibrated either by changing the energy of the beam or by changing the traversing or running speed of the beam. In a first process step 58 T ij cooling is compared with T ij cooling target . When T ij cooling deviates from T ij cooling target , exceeding ΔT ij cooling , the flow chart for the jet is in a process step 58a changed. There are several ways to modify the schedule for a ray. One way to modify the schedule is to allow the jet to reheat areas before they have cooled down too much. The beam gun can then already cover fused areas with a lower energy intensity and / or a higher running speed.

In einem dritten Verfahrensschritt 60 wird ermittelt, ob Tij-Bett von Tij-Bett-Soll abweicht. Wenn die Abweichung ΔTij-Bett überschreitet, kann die Temperatur des Betts in einer Ausführungsform der Erfindung in einem Verfahrensschritt 60a korrigiert werden, zum Beispiel dadurch, dass der Strahl das Bett zur Abgabe von Energie überstreicht. Es ist auch möglich, eine Einrichtung zur separaten Erwärmung bzw. Aufheizung des Betts an die Vorrichtung anzubringen.In a third process step 60 it is determined whether T ij bed deviates from T ij bed setpoint . If the deviation exceeds .DELTA.T ij bed , the temperature of the bed in one embodiment of the invention in one step 60a corrected, for example, by the beam sweeping over the bed to give off energy. It is also possible to attach a device for the separate heating or heating of the bed to the device.

Es ist auch möglich, dass eine Steuerung der Größe des herzustellenden Objekts durch die in der Vorrichtung eingebaute Wärmekamera erfolgt. In Übereinstimmung mit dem oben Beschriebenen werden das Bett und die verschmolzenen Abschnitte gemessen. Die aufgezeichnete Wärmeverteilung reflektiert vollständig die Gestalt des Objekts in einem Schnitt des zu erzeugenden dreidimensionalen Körpers. Eine Steuerung der Abmessungen des Objekts kann dadurch in einem vierten Verfahrensschritt 62 ausgeführt werden, und eine Rückkopplung einer X-Y-Ablenkung des Strahls der Strahlenkanone kann damit erfolgen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird diese Steuerung in einem Verfahrensschritt 62a ausgeführt, in welchem die Abweichung zwischen Messungen des Querschnitts bestimmt wird, und, wenn die Abweichung größer als zugelassen ist, die X-Y-Ablenkung der Strahlenkanone korrigiert wird.It is also possible for the size of the object to be produced to be controlled by the thermal camera installed in the device. In accordance with the above, the bed and the fused portions are measured. The recorded heat distribution completely reflects the shape of the object in a section of the three-dimensional body to be generated. A control of the dimensions of the object can thereby in a fourth process step 62 can be performed, and a feedback of an XY deflection of the beam of the beam gun can be done with it. In a preferred embodiment of the invention, this control is in a process step 62a in which the deviation between measurements of the cross section is determined and, if the deviation is greater than allowed, the XY deflection of the beam gun is corrected.

Weiterhin können eingegebene Signale von der Kamera zur Identifizierung des Auftretens von Oberflächenunregelmäßigkeiten, zum Beispiel in der Form eines Schweißfunkens, verwendet werden. Wenn die Koordinaten für Oberflächenunregelmäßigkeiten identifiziert worden sind, kann der Laufplan auf die identifizierten Koordinaten aktualisiert werden, um die Oberflächenunregelmäßigkeiten zu schmelzen.Farther can input signals from the camera to identify the occurrence surface irregularities, for example, in the form of a welding spark. If the coordinates for surface irregularities can be identified, the running plan can be identified on the Coordinates updated to the surface irregularities to melt.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt; zum Beispiel kann die Strahlenkanone aus einem Laser gebildet sein, wodurch die Ablenkbauelemente durch steuerbare Spiegel und/oder Linsen gebildet sind.The The invention is not limited to the embodiment described above limited; For example, the ray gun may be formed of a laser, whereby the deflection components by controllable mirrors and / or Lentils are formed.

Die Erfindung kann außerdem in einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Produkts durch Energieübertragung von einer Energiequelle auf einen Produkt-Rohwerkstoff Verwendung finden, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: einen Werktisch, auf dem das dreidimensionale Produkt erstellt werden soll, einen Spender, der zum Ablegen einer dünnen Schicht von Produkt-Rohwerkstoff auf den Werktisch zur Bildung eines Produktbetts angeordnet ist, ein Bauelement zur Abgabe von Energie auf ausgewählte Bereiche der Oberfläche des Produktbetts, wodurch ein Phasenübergang des Produkt-Rohwerkstoffs zur Bildung eines festen Querschnitts in dem Bereich ermöglicht wird, und einen Steuerungscomputer zur Handhabung eines Speichers, in welchem Daten über aufeinander folgende Querschnitte des dreidimensionalen Produkts gespeichert sind, wobei die Querschnitte das dreidimensionale Produkt bilden, wobei der Steuerungscomputer dazu vorgesehen ist, das Bauelement zur Abgabe von Energie so zu steuern, dass Energie den ausgewählten Bereichen zugeführt wird, wodurch das dreidimensionale Produkt durch aufeinander folgende Verbindung von Querschnitten gebildet wird, die aufeinander folgend aus von dem Pulverspender abgelegten Pulverschichten gebildet werden.The invention may also be used in an apparatus for producing a three-dimensional product by energy transfer from an energy source to a product raw material, the apparatus comprising: a workbench on which the three-dimensional product is to be created, a dispenser adapted to deposit a product; a layer of product green material is disposed on the workbench to form a product bed, a device for delivering energy to selected areas of the surface of the product bed, thereby allowing a phase transition of the product raw material to form a solid cross section in the area, and a A control computer for managing a memory in which data is stored on successive cross-sections of the three-dimensional product, the cross-sections forming the three-dimensional product, the control computer being adapted to expose the device to release energy to control that energy is supplied to the selected areas, whereby the three-dimensional product is formed by successive connection of cross-sections, which are successively formed of powder layers deposited by the powder dispenser.

In diesem Fall ist die Ausführungsform nicht auf Verschmelzung von Pulvern durch die Strahlung bzw. Bestrahlung der Oberfläche eines Pulverbetts durch eine Strahlenkanone beschränkt. Das Bauelement zur Freisetzung von Energie kann aus einer Elektronenkanone, einem Laser, bestehen, die/der über die Arbeitsoberfläche gesteuert wird; alternativ kann es aus einem Bauelement zur Freisetzung von Energie mit der Fähigkeit bestehen, einen Querschnitt direkt auf das Produktbett zu projizieren.In This case is the embodiment not on fusion of powders by radiation or irradiation the surface a powder bed limited by a beam gun. The Energy release device may be an electron gun, a laser, the / over the working surface is controlled; alternatively, it can be made from a device for release of energy with the ability consist of projecting a cross section directly onto the product bed.

Im Übrigen kann diese Ausführungsform alle die Eigenschaften aufweisen, welche in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erläutert wurden.Incidentally, can this embodiment all having the properties associated with the above described embodiment have been explained.

Claims (19)

Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Produkts, welche Folgendes aufweist: einen Werktisch, auf dem das dreidimensionale Produkt zu bilden ist, einen Pulverspender, welcher zum Ablegen einer dünnen Pulverschicht auf den Werktisch zur Bildung eines Pulverbetts angeordnet ist, eine Strahlenkanone zum Abgeben von Energie an das Pulver, wobei eine Verschmelzung des Pulvers stattfindet, Elemente zum Steuern des durch die Strahlenkanone freigesetzten Strahls über das Pulverbett zur Bildung eines Querschnitts des dreidimensionalen Produkts durch die Verschmelzung von Teilen des Pulverbetts, und einen Steuerungscomputer, in welchem Daten über aufeinander folgende Querschnitte des dreidimensionalen Produkts gespeichert sind, wobei die Querschnitte das dreidimensionale Produkt bilden, der Steuerungscomputer, welcher zum Steuern der Elemente zum Lenken der Strahlenkanone über das Pulverbett nach einem Laufplan steuern soll, einen Querschnitt des dreidimensionalen Körpers bildet, wobei das dreidimensionale Produkt durch die aufeinander folgende Verschmelzung der nacheinander gebildeten Querschnitte aus den durch den Pulverspender nacheinander abgegebenen Pulverschichten gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zudem eine Einrichtung zum Abtasten der Temperaturverteilung einer Oberflächenschicht am Pulverbett aufweist, und dass die Oberflächenschicht des Pulverbettes in drei Kategorien unterteilt ist: – Bereiche, in welchen eine Verschmelzung durch die Bearbeitung durch die Strahlenkanone stattfindet und in welchen eine Schmelztemperatur gemessen wird; – Bereiche, welche bereits verschmolzen sind und dadurch abkühlen und in welchen eine Kühltemperatur gemessen wird; – und Bereiche, welche nicht durch die Strahlenkanone bearbeitet wurden und in welchen die Betttemperatur gemessen wird.Apparatus for producing a three-dimensional product comprising: a workbench on which the three-dimensional product is to be formed, a powder dispenser arranged to deposit a thin layer of powder on the workbench to form a powder bed, a gun for delivering energy thereto Powder wherein fusion of the powder takes place, elements for controlling the jet released by the gun over the powder bed to form a cross-section of the three-dimensional product by fusion of parts of the powder bed, and a control computer in which data on successive cross-sections of the three-dimensional product are stored, the cross sections forming the three-dimensional product, the control computer, which is to control the elements for guiding the beam gun over the powder bed according to a running plan, forms a cross-section of the three-dimensional body, wherein the three-dimensional product is formed by successive merging of the successively formed cross-sections from the powder layers dispensed successively by the powder dispenser, characterized in that the device further comprises means for sensing the temperature distribution of a surface layer on the powder bed, and in that the surface layer of the powder bed is divided into three categories: areas in which a fusion takes place by the processing by the beam gun and in which a melting temperature is measured; - Areas which are already fused and thereby cool and in which a cooling temperature is measured; - And areas, which were not processed by the ray gun and in which the bed temperature is measured. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerungscomputer angeordnet ist, um sich basierend auf Daten über die Temperaturverteilung der Oberflächenschicht des Pulverbetts vom Element zum Abtasten der Temperaturverteilung auf den Laufpl für die Strahlenkanone auszuwirken.Device according to claim 1, characterized in that that the control computer is arranged to be based on Data about the temperature distribution of the surface layer of the powder bed from the element for sensing the temperature distribution on the runpl for the Beam effect. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerungscomputer angeordnet ist, um sich auf den Laufplan für die Strahlenkanone auszuwirken, so dass die Energieabgabe innerhalb Bereichen der Oberflächenschicht des Pulverbettes mit einer zu geringen Temperatur erhöht wird und die Energieabgabe innerhalb Bereichen mit einer zu hohen Temperatur verringert wird, wodurch eine gleichmäßiger Arbeitstemperatur der Querschnitte erhalten wird.Device according to claim 2, characterized in that that the control computer is arranged to get on the running plan for the Strahlenkanone impact, so that the energy within Areas of the surface layer the powder bed is increased with too low a temperature and energy delivery within high temperature areas is reduced, whereby a uniform working temperature of the Cross sections is obtained. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerungscomputer zum Steuern der Energieabgabe von der Strahlenkanone an das Pulverbett basierend auf den Daten über die Temperaturverteilung angeordnet ist, so dass die Höchsttemperatur nach der Verschmelzung in Bereichen innerhalb der derzeit obersten Pulverschicht innerhalb eines begrenzten Bereiches liegt.Device according to Claim 2 or 3, characterized that the control computer for controlling the energy output from the Ray gun to the powder bed based on the data on the temperature distribution is arranged so that the maximum temperature after the merger into areas within the currently highest Powder layer is within a limited range. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerungscomputer zum Steuern der Energieabgabe von der Strahlenkanone an das Pulverbett basierend auf den Daten über die Temperaturverteilung angeordnet ist, so dass die Höchsttemperatur nach der Verschmelzung in Bereichen innerhalb der derzeit obersten Pulverschicht, welche verschmelzt und mit Bereichen in einer nachfolgenden Schicht zu vereinen sind, innerhalb eines begrenzten Bereiches liegt, damit die Mindesttemperatur nach der Verschmelzung in diesen Bereichen nicht unter eine vorbestimmte Grenze fällt.Device according to one of claims 2 to 4, characterized that the control computer for controlling the energy output from the Ray gun to the powder bed based on the data on the Temperature distribution is arranged so that the maximum temperature after the merger into areas within the currently highest Powder layer which melts and with areas in a subsequent one Layer are within a limited range, thus the minimum temperature after fusion in these areas does not fall below a predetermined limit. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerungscomputer zum Steuern der Energieabgabe von der Strahlenkanone an das Pulverbett in Bereichen, welche innerhalb der derzeit obersten Pulverschicht verschmolzen sind, basierend auf den Daten über die Temperaturverteilung angeordnet ist, so dass die Mindesttemperatur nach der Verschmelzung in diesen Bereichen nicht unter eine vorbestimmte Grenze fällt.Device according to one of claims 2 to 5, characterized that the control computer for controlling the energy output from the Beam cannon to the powder bed in areas which within based on the currently highest powder layer fused on the data about the temperature distribution is arranged so that the minimum temperature after the merger in these areas is not below a predetermined Border is falling. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerungscomputer zum Steuern der Energieabgabe von der Strahlenkanone an das Pulverbett in Bereichen innerhalb der obersten Pulverbettschicht, welche nicht verschmolzen sind, basie rend auf den Daten der Temperaturverteilung angeordnet ist, so dass die Temperatur innerhalb dieser Bereiche nicht unter eine zweite vorbestimmte Grenze fällt.Device according to one of claims 2 to 6, characterized in that the control computer for controlling the energy output from the beam gun to the powder bed in areas within the uppermost powder bed layer, which does not ver are melted based on the data of the temperature distribution, so that the temperature within these ranges does not fall below a second predetermined limit. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Steuern der Strahlenkanone angeordnet ist, um unter Verwendung der Daten über die Temperaturverteilung kalibriert zu werden.Device according to one of claims 2 to 7, characterized in that the device for controlling the ray gun is arranged, around using the data via the temperature distribution to be calibrated. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element zum Abtasten der Temperaturverteilung einer Oberflächenschicht am Pulverbett durch eine Kamera gebildet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the element for sensing the temperature distribution a surface layer formed on a powder bed by a camera. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Produktbett in einer geschlossenen Kammer befindet, dass die geschlossene Kammer ein transparentes Fenster aufweist, und dass die Kamera zum Aufzeichnen der Oberflächeneigenschaft des Pulverbetts durch dieses Fenster angeordnet ist.Device according to claim 9, characterized in that that the product bed is in a closed chamber, that the closed chamber has a transparent window, and that the camera records the surface property of the powder bed is arranged through this window. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Fenster durch eine Schicht geschützt wird, dass die Schicht auf zuführende Weise entlang dem Fenster angeordnet ist, wodurch eine neue Schicht zugeführt wird, wodurch die Transparenz durch die Schicht und das Fenster aufrechterhalten wird.Device according to claim 10, characterized in that that the transparent window is protected by a layer, that the layer on feeding Way is arranged along the window, creating a new layer supplied which maintains transparency through the layer and window becomes. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenkanone durch eine Elektronenkanone gebildet ist, und dass das Pulverbett und die Elektronenkanone innerhalb einer Vakuumkammer eingeschlossen sind.Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the ray gun by an electron gun is formed, and that the powder bed and the electron gun within a vacuum chamber are included. Verfahren zum Herstellen von dreidimensionalen Körpern durch aufeinander folgende Verschmelzungen von Teilen eines Pulverbetts, wobei die Teile aufeinander folgenden Querschnitten des dreidimensionalen Körpers entsprechen, wobei das Verfahren die Folgenden Schritte aufweist: Ablegen einer Pulverschicht auf einem Werktisch, Speisen von Energie aus einer Strahlenkanone nach einem vorbestimmten Laufplan für die Pulverschicht, Verschmelzung des Bereiches der Pulverschicht, welcher nach dem Laufplan für die Bildung des Querschnitts des dreidimensionalen Körpers ausgewählt wurde, und Bildung des dreidimensionalen Körpers durch die aufeinander folgende Verschmelzung von nacheinander gebildeten Querschnitten aus den nacheinander abgelegten Pulverschichten, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zudem das Messen der Temperaturverteilung einer Oberflächenschicht enthält, welche sich am Pulverbett befindet, und dass die Oberflächenschicht des Pulverbetts in drei Kategorien unterteilt ist: – Bereiche, in welchen eine Verschmelzung durch die Bearbeitung durch die Strahlenkanone stattfindet und in welchen eine Schmelztemperatur gemessen wird; – Bereiche, welche bereits verschmolzen sind und dadurch abkühlen und in welchen eine Kühltemperatur gemessen wird; – und Bereiche, welche nicht durch die Strahlenkanone bearbeitet wurden und in welchen die Betttemperatur gemessen wird.Method for producing three-dimensional bodies successive merging of parts of a powder bed, the parts being consecutive cross-sections of the three-dimensional body The method comprises the following steps: Lay down a powder layer on a workbench, Food of energy from a ray gun according to a predetermined schedule for the powder layer, merger the area of the powder layer, which according to the flow chart for the formation the cross-section of the three-dimensional body has been selected, and Formation of the three-dimensional body through each other following fusion of successively formed cross sections from the successively deposited powder layers, characterized, that the method also measuring the temperature distribution of a surface layer contains which is located on the powder bed, and that the surface layer of the powder bed is divided into three categories: - areas, in which a fusion by the processing by the beam gun takes place and in which a melting temperature is measured; - areas, which are already fused and thereby cool and in which a cooling temperature is measured; - and Areas that were not processed by the ray gun and in which the bed temperature is measured. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeisung zur Strahlenkanone unter Verwendung einer abgetasteten Temperaturverteilung kalibriert wird, wodurch eine genaue Schmelztemperatur erzielt wird.Method according to claim 13, characterized in that that the energy supply to the beam gun using a sampled temperature distribution is calibrated, creating an accurate Melting temperature is achieved. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Laufplan basierend auf der abgetasteten Temperaturverteilung verändert wird, wodurch eine genaue Kühltemperatur durch das Verändern des Laufplans erzielt wird.Method according to claim 13 or 14, characterized that the itinerary based on the sampled temperature distribution is changed, ensuring an accurate cooling temperature by changing of the business plan. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche mit einer zu geringen Kühltemperatur wieder erhitzt werden.Method according to claim 15, characterized in that that areas with a too low cooling temperature are reheated become. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erfassung eines Bereiches mit einer zu hohen Kühltemperatur der Laufplan verändert wird, so dass die Aufbaugeschwindigkeit innerhalb dieses Bereiches verringert wird.Method according to claim 15 or 16, characterized that when detecting an area with too high a cooling temperature the timetable changed will, so the body speed within this range is reduced. Verfahren nach einem der Ansprüche 13–17, dadurch gekennzeichnet, dass die Betttemperatur erfasst wird und dass das Bett erhitzt wird, wenn die erfasste Temperatur unter eine vorbestimmte Grenze fällt.Method according to one of claims 13-17, characterized that the bed temperature is detected and that the bed is heated, when the detected temperature falls below a predetermined limit. Verfahren nach einem der Ansprüche 13–18, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Strahlenkanone für die X-Y-Ablenkung des Strahls angeordneten Elemente unter Verwendung der abgetasteten Temperaturverteilung kalibriert werden.Method according to one of claims 13-18, characterized that at the beam gun for using the X-Y deflection of the beam arranged elements the sampled temperature distribution are calibrated.
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